(57)【要約】【課題】短時間で加工を行うことが可能な金属加工方法を提供すること。【解決手段】金属粒体及びバインダを用いて加工対象物Ｐを射出成形する射出成形工程と、加工対象物Ｐからバインダを除去する前に、加工対象物Ｐのプレス部分を加熱して溶融させることによって加工対象物Ｐのプレス部分に凹部を形成するプレス工程と、を有し、プレス工程を、少なくともプレス部分の周辺に冷媒を流通させながら実行することを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属粒体及びバインダを用いて加工対象物を射出成形する射出成形工程と、
前記加工対象物から前記バインダを除去する前に、前記加工対象物のプレス部分を加熱して溶融させることによって前記加工対象物の前記プレス部分に凹部を形成するプレス工程と、を有し、
前記プレス工程を、少なくとも前記プレス部分の周辺に冷媒を流通させながら実行することを特徴とする金属加工方法。
【請求項２】
前記プレス工程を、前記冷媒中で実行することを特徴とする請求項１に記載の金属加工方法。
【請求項３】
前記冷媒が水であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の金属加工方法。
【請求項４】
前記プレス工程では、前記加工対象物を貫通する凹部を形成することを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の金属加工方法。
【請求項５】
前記プレス工程では、前記加工対象物の環状部分をプレスすることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載の金属加工方法。
【請求項６】
前記プレス工程は、前記環状部分に囲まれる部分を除去しながら行うことを特徴とする請求項５に記載の金属加工方法。
【請求項７】
前記プレス工程では、円筒状のプレス部材を用いて前記加工対象物をプレスすることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の金属加工方法。
【請求項８】
前記プレス部材は、先端部に至るにつれて細くなるように形成されていることを特徴とする請求項７に記載の金属加工方法。
【請求項９】
前記プレス部材は、前記先端部に加熱部を有していることを特徴とする請求項８に記載の金属加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属部品を形成する手法として、例えば金属射出成形法が知られている。金属射出成形法は、金属粒体及びバインダを用いて加工対象物を射出成形し、その後加工対象物からバインダを除去し、加工対象物を焼結することによって成形する手法である。金属射出成形法は、例えば時計のケースや、ＯＡ機器、通信機器、光学機器、電子機器などの各種機器を構成する金属部品、産業機械の機械部品などを形成する場合に広く用いられている。
【０００３】
金属射出成形法を用いて形成される金属部品に加工を施す場合には、従来、射出成形した加工対象物からバインダを除去し、焼結した後に加工を施す手法が一般的に行われていた。例えば、金属部品に穴部を形成する場合には、焼結後の加工対象物にドリル等を用いて穴部を形成するようにしていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２１２２０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、焼結後の加工対象物は加工性が低いため、加工に時間を要してしまうという問題があった。
【０００６】
上記のような事情に鑑み、本発明は、短時間で加工を行うことが可能な金属加工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の金属加工方法は、金属粒体及びバインダを用いて加工対象物を射出成形する射出成形工程と、前記加工対象物から前記バインダを除去する前に、前記加工対象物のプレス部分を加熱して溶融させることによって前記加工対象物の前記プレス部分に凹部を形成するプレス工程と、を有し、前記プレス工程を、少なくとも前記プレス部分の周辺に冷媒を流通させながら実行することを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、金属粒体及びバインダを用いて加工対象物を射出成形し、加工対象物からバインダを除去する前に、プレス加工によって加工対象物に凹部を形成することにより、加工対象物の加工性が低下する前に加工対象物に加工を行うことができる。これにより、加工対象物に容易に凹部を形成することができるので、短時間で加工を行うことが可能となる。
また、バインダを含んだ加工対象物は、外力に対して比較的脆い状態になっている。このため、加工対象物に強い衝撃を与えると、破損してしまう可能性もある。これに対して、本発明によれば、プレス工程では加工対象物のプレス部分を加熱して溶融させることとしたので、加工対象物に強い衝撃を与えることなく加工することができる。これにより、形状を保持しつつ凹部を形成することができる。また、プレス部分から加工対象物に伝わる熱を冷媒で吸収しながらプレス工程を実行するので、温度上昇による加工対象物の変形を抑えることができる。
また、非加工部は冷却部によって冷却されプレス加工時の熱によって溶融しないので、加工対象物を正確な形状に加工することができ、加工精度を向上させることができる。
【０００９】
上記の金属加工方法においては、前記プレス工程を、前記冷媒中で実行することを特徴とする。
本発明によれば、加工対象物を冷媒に浸した状態でプレス工程を実行するので、プレス部分から伝わる熱を確実に吸収し、加工対象物のプレス部分のみを加熱させてプレス加工を実行することができる。したがって、非加工部の温度上昇による加工対象物の変形を抑えることができる。
また、非加工部は冷媒によって冷却されプレス加工時の熱によって溶融しないので、加工対象物を正確な形状に加工することができ、加工精度を向上させることができる。
また、加工対象物を冷媒に浸すだけで加工対象物を冷却することができるので、加工対象物の冷却に係る作業工程が短縮され、作業効率を向上させることができる。
【００１０】
上記の金属加工方法は、前記冷媒が水であることを特徴とする。
本発明によれば、安価で冷媒を入手することができるので、低コストでプレス工程を実行することができる。
【００１１】
上記の金属加工方法は、前記プレス工程では、前記加工対象物を貫通する凹部を形成することを特徴とする。
本発明によれば、プレス工程では加工対象物の環状部分をプレスすることとしたので、中実部分をプレスする場合に比べてプレス部分の面積を小さくすることができる。これにより、加工対象物の加工痕に乱れが生じるのを抑えることができる。
【００１２】
上記の金属加工方法は、前記プレス工程では、前記加工対象物の環状部分をプレスすることを特徴とする。
本発明によれば、プレス工程では加工対象物の環状部分をプレスすることとしたので、中実部分をプレスする場合に比べてプレス部分の面積を小さくすることができる。これにより、加工対象物の加工痕に乱れが生じるのを抑えることができる。
【００１３】
上記の金属加工方法は、前記プレス工程は、前記環状部分に囲まれる部分を除去しながら行うことを特徴とする。
本発明によれば、加工対象物の環状部分に囲まれる部分を除去しながらプレス工程を行うこととしたので、加工痕に乱れが生じるのを抑えることができる。
【００１４】
上記の金属加工方法は、前記プレス工程では、円筒状のプレス部材を用いて前記加工対象物をプレスすることを特徴とする。
本発明によれば、プレス工程では円筒状のプレス部材を用いて加工対象物をプレスすることとしたので、加工痕に乱れが生じるのを抑えることができる。
【００１５】
上記の金属加工方法は、前記プレス部材は、先端部に至るにつれて細くなるように形成されていることを特徴とする。
本発明によれば、プレス部材が先端部に至るにつれて細くなるように形成されていることとしたので、加工対象物のプレス部分の面積を小さくすることができる。これにより、加工痕に乱れが生じるのを抑えることができる。
【００１６】
上記の金属加工方法は、前記プレス部材は、前記先端部に加熱部を有していることを特徴とする。
本発明によれば、プレス部材が先端部に加熱部を有していることとしたので、プレス部材の先端部に熱を集中させることができる。これにより、プレスに不要な部分が加熱されるのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態に係る金属加工方法の工程を示すフローチャート。
【図２】本実施形態に係るプレス工程の様子を平面的に示す図。
【図３】本実施形態に係るプレス工程の様子を断面的に示す工程図。
【図４】同、工程図。
【図５】同、工程図。
【図６】同、工程図。
【図７】本発明に係る金属加工方法の他のプレス工程の様子を示す工程図。
【図８】同、工程図。
【図９】本発明に係る金属加工方法の他の態様を示す図。
【図１０】本発明に係る金属加工方法の他の態様を示す図。
【図１１】本発明に係る金属加工方法の他の態様を示す図。
【図１２】本発明に係る金属加工方法の他の態様を示す図。
【図１３】本発明に係る金属加工方法の他の態様を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本実施形態に係る金属加工方法の工程を示すフローチャートである。本実施形態では、金属射出成形法を用いた金属加工方法を説明する。
【００１９】
まず、プレス加工を行う加工対象物を作成する方法について説明する。
図１に示すように、金属粒体とバインダとを用意する（ＳＴ１、ＳＴ２）。金属粒体としては、例えば鉄やニッケルなど、加工対象物の原料となる金属の粒体が用いられる。金属射出成形法の場合、磁気材料など他の成形法による成形が困難な材料であっても好適に成形することができる。
【００２０】
用意した金属粒体とバインダとを所定の温度で例えば０．５〜１時間混練する（ＳＴ３）。混練工程では、金属粒体とバインダとを混練機に収容し、均一に混ざり合うように練り合わせる。混練工程の後、当該混練によって形成された混練物を解砕機にかけてペレット状にする（ＳＴ４）。
【００２１】
ペレット化工程の後、ペレット状になった金属粒体及びバインダを射出成形機に流し込み、所定の圧力をかけて金型に押し込み成形する（ＳＴ５：射出成形工程）。射出成形工程により、金属粒体及びバインダを含んだ状態の加工対象物Ｐ（図２等参照）が形成される。加工対象物Ｐは、金属材料の他にバインダを含んだ状態に形成されているため、外力に対して比較的破損しやすい状態になっている。
【００２２】
次に、加工対象物にプレス加工を施す（ＳＴ６：プレス工程）。
図２〜図５は、プレス工程の様子を示す図である。これらの図面のうち、図２はプレス工程を平面視した場合における図であり、図３〜図５はプレス工程を側面から見た場合における図である。
【００２３】
ここで、図２及び図３を用いて、プレス工程に係る各部材について説明する
加工対象物Ｐは、図２に示すように、加工ステージＳに載置されている。冷却部２０は、図２及び図３に示すように、加工対象物Ｐ上に配置され、プレス加工が施される領域であるプレス領域Ｒを取り囲んでいる。
プレス部材１０は、図２に示すように、加工対象物Ｐの上方（すなわち加工ステージＳと反対側）に配置され、加工対象物Ｐに対して進退自在である。
【００２４】
プレス部材１０は、内部が中空の円筒形であって、加工対象物Ｐを円形にプレスする部材である。プレス部材１０は、加工対象物Ｐ側の先端に加熱部１１を有し、加熱された加熱部１１によって加工対象物Ｐのプレス領域Ｒを溶融させることによってプレス加工を行う。
加熱部１１は、例えば、プレス部材１０の先端に埋め込まれた電熱線などで構成される。プレス部材１０の先端に加熱部１１を設けることで、プレス部材１０の先端の温度を集中的に上昇させることができるようになっている。加熱部１１は、加工対象物Ｐを溶融させることができる温度、例えば１７０℃〜２００℃程度に加熱される。
【００２５】
冷却部２０は、平面視円環状である。冷却部２０は、内部に流路２１を有し、流路２１に水（冷媒）を流通させる。冷却部２０で加工対象物Ｐを冷却することで、プレス領域Ｒの周囲の温度上昇を抑えている。
【００２６】
このように加工対象物Ｐが加工ステージＳ上に載置された状態で、プレス工程を実行する。まず、図４に示すように、加熱部１１を加工対象物Ｐに当接させ、加工対象物Ｐのプレス部分Ｐａを溶融させながらプレス部材１０を加工対象物Ｐに押圧させる。溶融された加工対象物Ｐは、プレス部分Ｐａに囲まれる部分と共に、プレス部材１０の円筒内部に溜まっていく。
【００２７】
このままプレス部材１０を押圧すると、図５に示すように、プレス部材１０が加工対象物Ｐを貫通する。加工ステージＳの開口部Ｓａには、プレス部材１０が貫通される際のプレス部分Ｐａの溶融物が落下する。また、プレス部材１０の円筒内部１２には、加工対象物Ｐのプレス部分Ｐａに囲まれた部分Ｐｃが保持されたまま残留する。
【００２８】
この状態から、プレス部材１０を加工対象物Ｐから引き抜くと、図６に示すように、プレス部材１０が円筒内部１２に加工対象物Ｐの一部Ｐｃを保持したまま引き抜かれることになる。加工対象物Ｐのうちプレス部材１０が引き抜かれた部分には、凹部として貫通穴Ｐｈが形成されることになる。
【００２９】
上記のプレス工程の後、図１に示すように、加工後の加工対象物Ｐを不活性ガス中で加熱処理し、バインダを気化させることで加工対象物Ｐからバインダを除去する（ＳＴ７）。当該バインダを除去した後、加工対象物Ｐを真空雰囲気の焼結炉に収容し、当該焼結炉において所定温度、例えば加工対象物Ｐに含まれる金属の軟化温度よりもやや低い温度で所定時間焼結する（ＳＴ８）。焼結工程により、加工対象物Ｐに含まれる金属粒子が拡散結合し、金属部品が形成される。
【００３０】
このように、本実施形態によれば、金属粒体及びバインダを用いて加工対象物Ｐを射出成形し、加工対象物Ｐからバインダを除去する前に、プレス加工によって加工対象物Ｐに例えば貫通穴Ｐｈなどの凹部を形成することにより、加工対象物Ｐの加工性が低下する前に加工対象物Ｐに加工を行うことができる。これにより、加工対象物Ｐに容易に凹部（貫通孔Ｐｈ）を形成することができるので、短時間で加工を行うことが可能となる。
【００３１】
また、バインダを含んだ加工対象物Ｐは、外力に対して比較的脆い状態になっている。このため、加工対象物Ｐに強い衝撃を与えると、破損してしまう可能性もある。これに対して、本実施形態では、プレス工程では加工対象物Ｐのプレス部分Ｐａを加熱して溶融させることとしたので、加工対象物Ｐに強い衝撃を与えることなく加工することができる。これにより、加工対象物Ｐを破損させること無く貫通穴Ｐｈを形成することができる。
【００３２】
また、プレス部材１０から加工対象物Ｐのプレス領域Ｒに伝わり、プレス領域Ｒの周辺に伝わる熱を吸収しながらプレス加工を実行するので、プレス領域Ｒの周辺領域である非加工部の温度上昇を抑えて加工対象物Ｐの変形を防ぐことができる。
また、非加工部は冷却部２０によって冷却され、プレス加工時の熱によって溶融しないので、加工精度を向上させ正確な形状に加工することができる。
【００３３】
本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。
上記実施形態では、平面視における冷却部２０の形状が円形を縁取った円環状である場合について説明したが、これに限られることはなく、例えば、楕円形、三角形及び四角形などの多角形、あるいは星型を縁取った形状であっても構わない。この場合においても、プレス領域Ｒの周辺に伝わった熱を冷却部２０で吸収して加工対象物Ｐの変形を抑えながら、加工対象物Ｐを楕円形、三角形及び四角形などの多角形、星型に加工することができる。
【００３４】
また、上記実施形態では、円筒形に形成されたプレス部材１０を用いてプレス加工を行う例について説明したが、これに限られることは無く、例えば円柱形に形成されたプレス部材１０を用いてプレス加工を行うようにしても構わない。
【００３５】
また、上記実施形態では、冷却部２０はプレス領域Ｒを１周回分のみ取り囲んでいるが、プレス領域Ｒを２周回分以上取り囲んだ構成としても構わない。
この場合、冷却部２０が加工対象物Ｐと接触する面積を増大させることができるので、加工対象物Ｐをより効果的に冷却することができる。したがって、プレス加工時における加工対象物Ｐの変形をより確実に防止するとともに、加工精度をより向上させることができる。
【００３６】
また、上記実施形態では、加工対象物Ｐに貫通孔Ｐｈを形成する場合を例に挙げて説明したが、これに限られることは無く、例えば加工対象物Ｐに窪部を形成する場合に本発明の金属加工方法を用いても構わない。
【００３７】
この場合、図７に示すように、プレス部材１０を加工対象物Ｐの途中まで押し込んだ状態にする。この状態から、図８に示すように、プレス部材１０を加工対象物Ｐから引き抜くと、加工対象物Ｐの深さ方向の途中までが除去された状態の窪部Ｐｆが形成されることになる。このように、加工対象物Ｐに形成する凹部として、貫通孔Ｐｈのみならず窪部Ｐｆを形成することも可能であるため、幅広い形状の加工が可能となる。
【００３８】
また、冷却部２０が加工ステージＳに設けられていても構わない。
この場合、冷却部２０は加工対象物Ｐに対してプレス部材１０と反対側から接することによって加工対象物Ｐを冷却する。また、この場合には、加工対象物Ｐを加工ステージＳに載置した後、加工対象物Ｐ上に冷却部２０を配置する作業を省略することができるので、作業工数を削減し短時間でプレス加工を実行することができる。
【００３９】
また、冷却部２０がプレス部材１０に設けられ、冷却部２０が加工対象物Ｐに対してプレス部材１０とともに進退自在とされていても構わない。
この場合、加工対象物Ｐ上に冷却部２０を配置する作業とプレス加工とが同時に実行されるので、作業工数を削減し短時間でプレス加工を実行することができる。
【００４０】
また、図９に示すように、加工対象物Ｐを水（冷媒）に浸した状態でプレス加工を行うようにしても構わない。このようにすることで、プレス部分Ｐａ以外の非加工部に伝わる熱を水が確実に吸収して、プレス部分Ｐａのみを加熱することができる。これにより、プレス加工による加工対象物Ｐの変形をより低減することができるとともに、加工精度を向上させることができる。また、加工対象物Ｐを冷却するための作業工程が短縮され、作業効率を向上させることができる。
【００４１】
また、加工対象物Ｐの一部のみを水に浸してプレス加工を行うようにしても構わない。図１０では、加工対象物Ｐの加工ステージＳ側の一部のみを水に浸してプレス加工を実行する例を示している。
【００４２】
また、図１１に示すように、加工対象物Ｐに対して水を吹き付けながらプレス加工を実行しても構わない。
この場合、加工対象物Ｐを水に浸す作業、及び引き上げる作業を行わなくてもよいので、作業工数を削減しプレス加工を短時間で実行することができる。また、水を貯留するための容器を省くことができるので、プレス加工に係る装置を簡素化することができる。
【００４３】
また、上記実施形態では、加工対象物Ｐに平面視円形の凹部を形成する例を挙げて説明したが、これに限られることは無く、例えば平面視矩形の凹部や平面視三角形の凹部などの平面視多角形の凹部を形成する場合に本発明を適用させても構わないし、平面視楕円形の凹部などを形成する場合などにおいても、本発明の適用は可能である。
【００４４】
また、上記実施形態においては、先端側へ段階的に細くなっていく構成のプレス部材１０を用いる例を挙げて説明したが、これに限られることは無い。例えば図１２に示すように、先端側へ至るにつれて徐々に細く形成された構成のプレス部材１０を用いてプレス加工を行っても構わない。
【００４５】
また、図１３に示すように、プレス部材１０の外面側において加熱部１１の上部に凹部１０ａが形成された構成としても構わない。この場合、プレス部材１０によって加工対象物Ｐをプレスする際に、プレス部材１０の外面が加工対象物Ｐに接触しにくくなる。このため、加工対象物Ｐに加熱部１１の熱が伝達されるのを極力防ぐことができる。図８及び図９に示す構成は、いずれもプレス部材１０の加熱部１１を集中して加熱させることができるため、加工対象物Ｐをより高い精度で加工することができる。
【００４６】
また、上記実施形態においては、プレス部材１０の円筒内部１２において加工対象物Ｐの一部Ｐｃを保持する構成としたが、当該円筒内部１２を吸引させ、吸引力によって当該加工対象物Ｐの一部Ｐｃを保持するようにしても構わない。これにより、加工対象物Ｐの一部を確実に除去することができる。また、円筒内部１２に回収部を接続させるようにし、吸引した加工対象物Ｐの一部Ｐｃを回収する構成としても構わない。
【００４７】
また、上記実施形態においては、加工対象物Ｐを冷却するための冷媒として水を使用しているが、空気、二酸化炭素などの気体を冷媒として使用してもよい。また、冷却部２０として、これらの冷媒を用いたヒートポンプを使用しても構わない。
【００４８】
また、上記実施形態では、加工対象物Ｐが金属材料からなる場合を例に挙げて説明したが、これに限られることは無く、例えば加工対象物Ｐが樹脂などの他の材料からなる場合においても、本発明の適用は可能である。
【符号の説明】
【００４９】
Ｐ…加工対象物  Ｐａ…プレス部分  Ｐｈ…貫通孔（凹部）  Ｐｆ…窪部（凹部）  Ｒ…プレス領域  １０…プレス部材  １１…加熱部  １２…円筒内部  ２０…冷却部  ２１…流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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